不同碱剂对污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷的影响

为了使污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷后的沼渣得到有效利用,研究了以Ca(OH)_2代替NaOH作为碱剂调节产氢余物与污泥混合物初始pH进行厌氧发酵产甲烷情况。结果表明,以NaOH和Ca(OH)_2作为碱剂的消化系统厌氧发酵产甲烷的最佳接种量均为50%,且产甲烷率和比产甲烷速率相差不大,分别为60.48mL/(g·DS)、2.16mL/(g·DS·d)和58.68mL/(g·DS)、2.35mL/(g·DS·d),两种消化系统的COD、总糖和总蛋白质的降解率分别为63.0%、25.7%、47.1%和56.7%、23.6%、45.7%。以Ca(OH)_2代替NaOH作为碱剂调节反应物初始pH进行厌氧发酵产甲烷是可行的。     

污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷过程底物指标变化

将污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物进一步产甲烷,产甲烷量比污泥与餐厨垃圾单独或直接联合厌氧发酵产甲烷大.研究污泥与餐厨垃圾联合厌氧发酵产氢余物产甲烷过程中产甲烷量与底物指标变化的关系,实验结果表明,整个消化过程中,累积产甲烷量为613 L,最大产气速率和产甲烷速率分别为2.12 L/(kg·d)和1.46 L/(kg·d),最大甲烷含量为72.5％,消化系统的pH在总挥发性脂肪酸(TVFA)以及氨氮、CO32-和HCO3-等碱度的共同作用下基本维持在适宜产甲烷的范围内,在不同的消化阶段,厌氧发酵产甲烷过程起主要作用的物质不同,先后顺序依次为糖类、蛋白质和TVFA,并且累积产甲烷量与COD、总糖、总蛋白质的显著相关性大小依次为:COD＞总糖＞总蛋白质,COD去除率高达79.54％.     

草本植物添加对脂肽强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的影响

脂肽可以强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸(SCFA),但污泥本身固有C/N过低限制了SCFA的产生量。向污泥厌氧发酵体系中添加草本植物以提高发酵基质的C/N,结果表明草本植物的添加有助于强化污泥厌氧发酵的水解和酸化过程,发酵基质最佳C/N为20∶1(质量比),此时厌氧发酵体系溶解性化学需氧量(SCOD)最大值为6 564 mg/L,SCFA的最大积累量为423mg/g(以单位干质量挥发性悬浮颗粒物中的COD质量计,下同),显著高于污泥单独厌氧发酵体系(SCOD最大值为1 352 mg/L,SCFA的最大积累量为248 mg/g)。机制分析表明,适宜的C/N可以为厌氧微生物提供良好的生长环境进而促进蛋白质和多糖的溶出,强化酸化过程中关键酶的活性,但对甲烷累积产量却没有明显影响,因此有助于SCFA的积累。     

CaO_2对污泥厌氧消化性能的影响

近年来,污泥厌氧消化得到了广泛关注,一方面能够实现污泥的减量化,另一方面又能得到有价值的消化产品。由于水解过程是限制厌氧反应的重要步骤,因此利用CaO_2强化污泥厌氧消化中水解和酸化过程。结果表明,适量的CaO_2的投加量能够显著促进污泥的水解和酸化过程,但对甲烷化有抑制作用。当CaO_2投加量为0.2g/g(污泥以挥发性悬浮固体(VSS)计)时,挥发性脂肪酸(VFA)的最大积累量为253.6mg/g,但CaO_2对VFA的组成影响不大。     

脂肽强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸的研究

利用脂肽强化污泥厌氧发酵生产短链挥发性脂肪酸(SCFA),考察了脂肽投加量对污泥厌氧发酵过程中溶解、水解以及甲烷化过程的影响。实验结果表明,综合考虑经济因素及厌氧发酵效果,脂肽最佳投加量为0.04g/g(以污泥中单位质量总悬浮固体(TSS)的脂肽投加量计),此时SCFA的最大积累量为2 697mg/L。机制分析表明,脂肽能够促进溶解性蛋白质和多糖的溶出及挥发性悬浮固体(VSS)减量,并抑制甲烷产生,从而提高SCFA的积累量,脂肽自身分解对SCFA的贡献不大。     

pH对生物表面活性剂脂肽强化剩余污泥厌氧水解酸化的影响

近年来,污泥厌氧发酵作为一种新型的污泥处理方式受到广泛关注。通过厌氧发酵,一方面污泥得以减量化,另一方面,得到能源物质短链挥发性脂肪酸(SCFA)。然而,厌氧反应中水解步骤是限制污泥厌氧发酵的关键步骤。因此,提出利用脂肽强化污泥厌氧发酵生产SCFA的方法,并探讨了pH对脂肽强化污泥水解酸化的影响。实验结果表明,碱性环境有助于进一步提高脂肽作用下污泥厌氧水解酸化速率,且最佳pH为10,此时最大SCFA积累量为286.4 mg·g~(-1)。研究表明,碱性环境能够进一步强化污泥中有机物(蛋白质和多糖)的溶出,且抑制甲烷的积累。     

温度对城市生活垃圾和厌氧颗粒污泥联合厌氧发酵的影响

针对无锡市垃圾填埋场堆体厌氧发酵所存在的产气率低、氨氮浓度高的问题,以无锡市生活垃圾为原料,在添加厌氧颗粒污泥的情况下,探讨了不同发酵温度下(25、35和45℃)对城市生活垃圾厌氧发酵过程中渗滤液的化学需氧量(COD)、氨氮、挥发性脂肪酸(VFA)、渗滤液产量和产甲烷量的影响。结果表明,25、35和45℃条件下氨氮的最终浓度分别为2 450、2 650和3 000 mg·L~(-1),COD的去除率分别为60.9%、85.2%和80.1%,最大产甲烷速率分别为67、552和397 mL·d~(-1),沼气中甲烷的平均体积分数分别为39.4%、66.9%和53.2%,累积产甲烷量分别为2 906、19 004和14 286mL。以上结果表明35℃条件在能够缩短发酵周期,提高甲烷产量的同时,还能在一定程度减小渗滤液氨氮浓度,有助于减轻后续渗滤液处理的压力。     

BLR厌氧反应器处理垃圾焚烧厂渗滤液工程运行效能

采用1 100 m3BLR(biogas-lift reactor)厌氧反应器对垃圾焚烧厂渗滤液进行工程化处置,接种污泥为消化污泥,正常运行温度控制在(33±2)℃,启动负荷为1 kg COD/(m3·d),120 d后容积负荷达到10 kg/(m3·d)并稳定运行,出水COD浓度为4 500~6 500 mg/L,COD去除率为88%~92%,出水VFA含量为200~600 mg/L,p H值稳定在7.4~7.7,出水SS含量为1 000 mg/L左右,并可观察到沉降性较好的颗粒化污泥。反应器运行初期将VFA/ALK控制在1.6以内,系统并未因VFA积累而酸化崩溃,运行后期VFA/ALK值小于0.3,系统稳定运行。运行过程中进水氨氮浓度从400 mg/L升高到2 200 mg/L,未发现氨氮对厌氧生物处理的明显抑制现象。垃圾渗滤液中平均每去除1 kg COD产生沼气量为0.32 m3。     

多壁碳纳米管短期作用对厌氧颗粒污泥的影响

研究了不同质量浓度(1、20和100 mg·L~(-1))多壁碳纳米管(multiwalled carbon nanotubes,MWCNTs)短期(7 d)作用对厌氧污泥系统的影响。结果表明:1、20和100 mg·L~(-1)的MWCNTs反应器出水中的COD、pH、VFA与对照组变化规律一致;其中,100 mg·L~(-1)的MWCNTs可以诱导更快的底物利用率。不同质量浓度MWCNTs反应器的产气量和甲烷体积分数与对照组之间相比无显著差异(P0.05)。运用修正Gompertz方程拟合甲烷产量曲线以及计算最大比产甲烷速率(U_(max,CH_4))和最大比COD去除速率(U_(max,COD))表明厌氧产甲烷菌产气特性没有受到MWCNTs的影响。实验研究结果为以后研究碳纳米管在厌氧废水处理中的影响提供了提供新的思路和方法。     

工程规模下碱类型对污泥预处理效果及发酵产酸的影响

研究了工程规模下3种碱对剩余污泥热碱预处理效果以及厌氧发酵产酸的影响。结果表明,平均进泥浓度为70 g·L~(-1)时,氢氧化钠的预处理效果要优于混碱(Ca(OH)_2:NaOH=4:1)和过氧化钙,处理后污泥中溶解性化学需氧量(SCOD)的平均浓度是预处理前的8.45倍,水解率达到64.26%。但是,使用过氧化钙进行预处理可以有效提高污泥的发酵产酸效果,产酸效率明显优于混碱和氢氧化钠,总挥发性脂肪酸(TVFAs)的平均浓度为7.93 g·L~(-1),产酸率(以COD计)为273.93 mg·g~(-1)VSS,且总酸中乙酸比例达到60.35%;发酵后平均TSS和VSS分别下降了24.42%和47.62%;同时,氨氮(NH_4~+-N)和总磷(TP)浓度最低,其平均浓度分别为286.33 mg·L~(-1)和17.42 mg·L~(-1)。此外,混碱组、过氧化钙组和氢氧化钠组污泥厌氧发酵的净利润分别为229.14、257.37和10.49元·t~(-1)(脱水污泥)。实验结果表明,热混碱和热过氧化钙预处理用于污泥厌氧发酵有望得到广泛的应用。     

基质组分对厨余与污泥共发酵动力学特性的影响

通过厌氧发酵4阶段动力学实验、产甲烷抑制实验及单一VFA的产甲烷动力学实验,探明了厨余和污泥共发酵过程中,典型组分对其潜在的酸积累类型以及甲烷化过程的影响。结果表明,不同基质组分在厌氧发酵过程中的VFA组成比例以及单一VFA的产甲烷化动力学特性,对其产甲烷潜能及速率有着决定性影响。乙酸的甲烷化速率高达44.80 mL·d~(-1),丁酸略慢于乙酸,而丙酸和戊酸的甲烷化速率不足乙酸的1/2,其中丙酸的延滞期长达1.76 d。因此,产酸类型以乙酸为主的污泥、菜类在产甲烷阶段不存在延滞期;而蛋肉类及油的产甲烷速率受到丙酸、戊酸动力学特性的影响相对较慢。通过调整共发酵基质配比不仅能够提高发酵潜能,还能够优化VFA组成比例,实现较高的甲烷产率及甲烷化速率。     

UASB处理硫酸盐有机废水的启动

为了考察上流式厌氧污泥床反应器(UASB)处理含硫酸盐有机废水的特性,采用有效容积为10 L的UASB,研究了启动运行过程中COD和SO2-4降解情况、出水VFA和pH值、产气量及颗粒污泥比产甲烷活性(SMA)变化状况。结果表明,接种厌氧颗粒污泥,保持进水COD为1 500 mg/L,SO2-4浓度为100 mg/L,将HRT由24 h缩短至12 h以提高负荷,经历55 d成功启动了UASB反应器;当HRT为12 h,进水COD和SO2-4负荷为3.0 kg/(m3·d)和0.20 kg/(m3·d),COD和SO2-4的去除率分别达到80%和89%,出水VFA为3 mmol/L,产气量达9.5 L/d,颗粒污泥的SMA为86.4 mL/(g VSS·d)。     

混合碱和沸石联用对初沉污泥厌氧发酵性能的影响

在初沉污泥厌氧发酵过程中,以NaOH作为碱剂调节污泥pH,虽能有效提高发酵液中有机物浓度,但同时发酵液中的氮、磷等副产物的含量也增加,且发酵后污泥脱水性能较差。为解决上述问题,通过小试实验,考察了NaOH与Ca(OH)_2混合碱和沸石联用的强化方式对发酵液性质及污泥脱水性能的影响。实验结果表明:采用NaOH与Ca(OH)_2比值为1:3的混合碱液调节初沉污泥pH至10,且同步投加80 g·L~(-1)沸石时,具有较好的强化发酵及控制氮、磷副产物的产生的特性,同时发酵后污泥具有较好脱水性能。在此条件下,发酵液的TVFA、SCOD、NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P分别为2898.1、4960、106.1和3.1 mg·L~(-1),具有作为反硝化碳源的潜力,同时发酵后污泥CST值为273.9 s,具有较好脱水性能,有利于污泥的后续处理。     

电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

以小型生物电化学反应器为发酵装置,考察外加电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)产量的影响。实验结果表明,餐厨垃圾协同污泥厌氧发酵,有利于体系中蛋白质和糖类的溶解消耗,提高VFA的产量。0.5 V微电刺激可增强厌氧体系中微生物的活性,有利于VFA的产出。第144和192小时,外加0.5V的实验组VFA浓度分别为24 342 mg·L~(-1)和21 291 mg·L~(-1),高于其他实验组,较空白分别提高了30.8%和4.1%;其组成主要是乙酸、丙酸和戊酸。发酵进行第24 h和96 h时,0.5 V微电刺激厌氧发酵体系中溶解性糖类和溶解性蛋白质分别为722.4 mg·L~(-1)和1.49 g·L~(-1),且有机物水解酸化过程中,厌氧体系内糖类先于蛋白质被消耗。     

初始pH值对皂苷强化污泥生产短链挥发性脂肪酸的影响

近年来,应用化学表面活性剂强化污泥厌氧生产短链挥发性脂肪酸得到广泛地关注。相较于化学类的表面活性剂,生物表面活性剂具有能够降解,对环境污染小的优点。报道了一种新型的生物表面活性剂皂苷,并用皂苷强化污泥厌氧发酵。实验结果表明,皂苷的最佳投放量为0.2 g·g-1干污泥,相应的最大产酸量为2 149 mg·L~(-1)此外还探究了初始pH值对皂苷强化污泥产酸的影响,实验表明最佳的初始pH为11。机理研究发现初始pH=11能够加速污泥的水解,抑制甲烷产生进而提高了短链挥发性脂肪酸的含量。     

基于RSM模型的碱与超声联合破解污泥工艺优化

运用响应曲面法(RSM)研究碱解和超声联合作用对污泥破解的影响,以加碱量(0~0.16 g NaOH·(g TS)-1)和超声能量(4 000~20 000 k J·(kg TS)-1)为影响因素,分析其对污泥破解度、溶解性蛋白质和多糖浓度的影响规律,建立了二次多项回归模型,并实现了组合工艺的优化和验证。结果表明,加碱量对污泥破解效果的影响高于超声能量,最佳处理工艺条件为加碱量0.1 g Na OH·(g TS-1)和超声能量12 000 k J·(kg TS-1)。最佳工艺条件下,污泥破解响应值为污泥破解度40.13%,溶解性蛋白质1 365.46 mg·L~(-1)和多糖350.11 mg·L~(-1),与预测值吻合度较高,为碱解和超声联合预处理在污泥破解、厌氧消化预处理领域的应用提供了理论支持和数据支撑。     

脂肪酶对餐厨垃圾厌氧产气的影响

在序批式厌氧反应器中探究了脂肪酶对餐厨垃圾厌氧消化的影响,结果表明脂肪酶能强化甲烷的积累量,且最佳的脂肪酶投加量为0.4 g·L~(-1),相应的甲烷积累量为356 m L·g~(-1)VSS,该数值是空白对照组的1.3倍。进一步机理研究表明脂肪酶能够促进溶解性COD的释放,提高生物脱氢酶的活性而减少长链挥发性脂肪酸的积累,进而提高甲烷的积累量。     

曝气吹脱法用于牛场沼液污染物的去除

氨吹脱是一种有效的污水脱氮处理技术,其中曝气吹脱法又简单易行。为了探究曝气吹脱法用于牛场沼液污染物去除的最优条件,实验研究了温度、曝气量、初始p H等参数对氨氮去除效果的影响,并探讨了投加Ca(OH)2及曝气吹脱对COD、TP的去除作用。结果显示:温度、曝气量是影响氨氮去除效果的关键因素,30℃、4 000曝气量条件下氨氮去除率最高;由于沼液本身p H会受吹脱影响升高,因此,调节初始p H在8~9.5范围内对氨氮去除效果无显著影响;Ca(OH)_2能去除少量COD及TP,吹脱也能对COD去除有一定影响,投加7.7 g/L Ca(OH)_2吹脱后,沼液COD、TP去除率分别为9.7%、14.8%。最优条件30℃、4 000曝气量下,不加Ca(OH)2吹脱能得到70%以上的的氨氮去除率。一般情况下建议不加Ca(OH)_2进行沼液氨吹脱。     

含化学沉淀物废水污泥的土壤降解

本文比较四种污泥在土壤中的降解,其中三种是脱磷污泥含有Ca(OH)_2、FeCl_3、Al_2(SO_4)_3。所有污泥降解速率很快,降解时释放的CO_2速率<25mg/g,接近于没有处理过的土壤15天的释放量,而较高速率时相当于50天的释放量。每种污泥中都含有生石灰,故每一种添加污泥都使土壤的pH值增加。使pH值升高最多的Ca污泥比Fe、Al、污泥增加和释放的CO_2量大。Ca污泥释放52％的污泥碳,未处理的含铝污泥释放20％,而Fe污泥释放量是5％,土壤加入CaCO_3,增加了Al污泥的降解,但就释放污泥碳的百分率而言,这些污泥之间没有明显的不同。这些污泥的降解作用与pH的关系要比除磷时流出物的化学处理的关系更密切。     

进料频率对餐厨垃圾与剩余污泥中温共发酵系统稳定性的影响

考察系统负荷(以COD计)为11.36 g·(L·d)~(-1)时,6种不同进料频率下,餐厨垃圾和剩余污泥中温厌氧共发酵过程中产气量、气体组分、SCOD、pH和挥发性脂肪酸(VFAs)的变化,旨在明确进料频率对系统稳定性的影响,同时结合单一VFA的产甲烷动力学特性,探明系统不稳定的原因。结果表明,进料频率较高时,进料周期内系统的气体组分、SCOD和pH无明显变化,产气量呈线性增长,且基本无VFA积累。随着进料频率降低,进料初期过快的水解酸化导致SCOD和VFAs浓度呈现明显的先升高后逐渐降低的趋势,从而导致pH和甲烷含量波动明显。当进料频率为1次·d~(-1)时,系统中pH降至7.5,甲烷含量降至45.4%,丙酸占总有机酸的比例最高可达87.9%。相比乙酸而言,丙酸在甲烷化过程中存在的延滞期(1.21 h)及较低的甲烷化速率(5.01 mL·h~(-1))可能是导致存在丙酸积累的低频进料系统中稳定性较差的原因之一。